非共生固氮（FLNF）是生態系統中普遍發生的重要氮輸入過程。該過程需要大量能量，因而根系分泌物（氨基酸、羧酸、糖等）輸入極可能造成根際非共生固氮熱點區。然而，根系分泌物中碳源種類和數量如何調控土壤FLNF尚缺乏系統性研究。

基于此，中國科學院成都生物研究所尹華軍研究團隊以農田和森林土壤為試驗對象，比較了不同種類和數量的碳源添加下非共生固氮速率的變化規律，并進而探討了其微生物機制。研究結果表明：1）糖和羧酸能顯著提升FLNF速率（最高達3個數量級），而氨基酸不影響甚至抑制FLNF速率；2）碳源添加量達到一定閾值后方可有效提升FLNF速率，表明非共生固氮微生物和其他微生物之間存在競爭；3）添加碳源后FLNF速率提高與非共生固氮微生物群落組成變化密切相關（如常見生物肥料Paenibacillus屬豐度增加），而不受非共生固氮微生物豐度（nifH基因拷貝數）影響。以上結果表明，碳源種類和數量主要通過調整非共生固氮微生物群落結構實現對FLNF速率的調控。本研究有助于預測環境變化下根系分泌物如何介導根際FLNF的響應，也可為開發根際固氮微生物接種菌劑提供啟示。

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Fig.1 碳源種類對農田（a和c）和森林（b和d）土壤中FLNF速率的影響。

Fig.2 碳源濃度對農田（a和c）和森林（b和d）土壤中FLNF速率的影響。

Fig.3 添加不同種類的碳源（1 mg C g-1 soil）1、3、5和7天后，農田（a和c）和森林（b和d）土壤中非共生固氮微生物群落的主坐標分析（PCoA）及其在屬水平的相對豐度。

Fig.4 添加不同濃度混合碳源3天后，農田（a和c）和森林（b和d）土壤中非共生固氮微生物群落的主坐標分析（PCoA）及其在屬水平的相對豐度。

Fig.5 添加混合C源后，Paenibacillus的相對豐度與FLNF速率之間的相關性。

上述研究結果于2024年8月以“Carbon type and quantity regulate soil free-living nitrogen fixation through restructuring diazotrophic community”為題發表于土壤科學TOP期刊“Applied Soil Ecology”。中國科學院成都生物研究所已畢業碩士生趙謙為論文第一作者，王吉鵬副研究員為通訊作者，尹華軍研究員全程指導了該研究。本研究得到了中國科學院“西部之光”交叉團隊項目、四川省科技廳面上項目和國家自然科學基金的聯合資助。

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0929139324003172